Introdução - Informática

Linguagens de Programação
1 – Introdução
Vítor E. Silva Souza
([email protected])
http://www.inf.ufes.br/~vitorsouza
Departamento de Informática
Centro Tecnológico
Universidade Federal do Espírito Santo
Este obra foi licenciada sob uma Licença Creative Commons Atribuição 3.0 Não Adaptada.
Conteúdo do curso
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Introdução;
Amarrações;
Valores e tipos de dados;
Variáveis e constantes;
Expressões e comandos;
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Modularização;
Polimorfismo;
Exceções;
Concorrência;
Avaliação de linguagens.
• Estes slides foram baseados em:
– Slides do prof. Flávio M. Varejão;
– Livro “Linguagens de Programação – Conceitos e Técnicas” (Varejão);
– Livro “Linguagens de Programação – Princípios e Paradigmas, 2a edição” (Tucker & Noonan).
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Por que estudar LPs
• Maior capacidade de desenvolver soluções computacionais para problemas;
• Maior habilidade ao usar uma LP;
• Maior capacidade para escolher LPs apropriadas;
• Maior habilidade para aprender novas LPs;
• Maior habilidade para projetar novas LPs.
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Contexto
Processo de Desenvolvimento
de Software
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Papel das LPs no PDS
• O objetivo de LPs é tornar mais efetivo o processo de desenvolvimento de software (PDS);
• PDS visa geração e manutenção de software de modo produtivo e garantia de padrões de qualidade;
• Principais Propriedades Desejadas em um Software:
– Confiabilidade;
– Manutenibilidade;
– Eficiência.
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Papel das LPs no PDS
• Requisitos: análise da viabilidade tecnológica;
• Projeto: utilização de métodos e modelos adequados à linguagem;
• Implementação: papel essencial da LP;
• Validação: podem facilitar o processo (ex.: depuradores);
• Manutenção: modularização, legibilidade, etc. influenciam.
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Objetivos de projeto
• Segundo Tucker & Noonan:
– Simplicidade e legibilidade: fácil de escrever, ler, aprender, ensinar;
– Clareza nas ligações (amarrações, parte 2 do curso);
– Confiabilidade: tratamento de exceções, restringir vazamento de memória, tipagem forte, sintaxe/semântica bem definidas, verificação & validação;
– Suporte: compiladores acessíveis (baratos, muitas plataformas), cursos, livros, comunidade;
– Abstração: não ter que reinventar a roda;
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Objetivos de projeto
• Segundo Tucker & Noonan (continua):
– Ortogonalidade: menor número de regras excepcionais possível, cidadãos de primeira classe;
– Implementação eficiente: implementações iniciais de Java, Ada e Algol sofreram críticas.
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Propriedades desejáveis em LPs
• Segundo Varejão:
– Legibilidade;
– Redigibilidade;
– Confiabilidade;
– Eficiência;
– Facilidade de aprendizado;
– Modificabilidade;
– Reusabilidade;
– Portabilidade.
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Legibilidade
• Marcadores de bloco:
if (x > 1)
if (x == 2)
x = 3;
else
x = 4;
• Desvios incondicionais: goto;
• Duplicação de significado de vocábulos:
– Java: this;
– C/C++: *p = (*p)*q;
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Legibilidade
• Efeitos colaterais:
int x = 1;
int retornaCinco() {
x = x + 3;
return 5;
}
void main() {
int y;
y = retornaCinco();
y = y + x;
}
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Redigibilidade
• Tipos de Dados Limitados (FORTRAN);
• Ausência de Tratamento de Exceções;
• Conflito Ocasional com Legibilidade:
void f(char *q, char *p) {
for (;*q=*p; q++,p++);
}
O que faz o código acima?
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Confiabilidade
• Declaração de tipos:
boolean u = true;
int v = 0;
while (u && v < 9) {
v = u + 2;
if (v == 6) u = false;
}
Algo de errado no código acima?
Em Java, compila? E em C?
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Tratamento de exceções
// Abre uma conexão com um banco de dados.
Connection conn = null;
try {
Class.forName(driver);
conn = DriverManager.getConnection(url, usu, senha);
}
catch (ClassNotFoundException | SQLException ex) {
System.out.println("Problemas ao abrir conexão...");
}
return conn;
Separa o código de tratamento
de erro.
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Eficiência
• Verificação dinâmica de tipos;
• Controle de índice de vetor:
– Java o faz;
– C/C++ não.
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Facilidade de aprendizado
• Excesso de características pode ser prejudicial:
c = c + 1;
c+=1;
c++;
++c;
• C++ vs. Java:
– Herança múltipla;
– Herança pública e privativa;
– Ligação tardia ativada ou desativada;
– Qual linguagem é mais fácil de aprender?
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Modificabilidade
• Uso de constantes:
const float pi = 3.14;
• Em C, pi seria de fato constante?
• E em C++?
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Reusabilidade
• Criação de bibliotecas de função:
void troca (int *x, int *y) {
int z = *x;
*x = *y;
*y = z;
}
• Frameworks e plataformas de desenvolvimento.
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Portabilidade
• Rigor no projeto;
• Pode constrastar com eficiência.
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Especificação de LPs
• Três componentes: léxico, sintaxe e semântica:
• Por exemplo:
a = b;
– Léxico: a, =, b, ; fazem parte da linguagem;
– Sintaxe: a seguido de =, seguido de b, seguido de ;
é um comando válido de atribuição;
– Semântica: o valor de b deve ser copiado para a posição de memória definida por a.
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Especificação de LPs
• Sintaxe é geralmente definida em BNF:
<expressão> ::= <valor> | <valor><operador><expressão>
<valor> ::= <número> | <sinal><número>
<número> ::= <semsinal> | <semsinal>.<semsinal>
<semsinal> ::= <dígito> | <dígito><semsinal>
<dígito> ::= 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9
<sinal> ::= + | <operador> ::= + | - | / | *
Esse assunto será retomado na
disciplina de Compiladores.
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Especificação de LPs
• Semântica:
– Descrição informal em linguagem natural;
– Enfoque operacional: usar LP mais elementar.
• Necessidade de padronização:
– ISO, IEEE, ANSI, NIST, etc.;
– Auxilia na portabilidade e na aceitação da LP;
– Timing é importante.
Exemplos: ANSI/ISO Cobol 2002, ISO
Fortran 2004, ISO Haskell 1998, ISO
Prolog 2000, ANSI/ISO C 1999, ANSI/ISO
C++ 2003, ANSI/ISO Ada (2005), ANSI
Smalltalk 2002, ISO Pascal 1990.
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Implementação de LPs
• Compilação, interpretação ou híbrido?
• Compilação:
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Implementação de LPs
• Interpretação:
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Implementação de LPs
• Híbrido:
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Implementação de LPs
• Compilação:
– Eficiência;
– Problemas com portabilidade e depuração;
• Interpretação pura:
– Flexibilidade, portabilidade, facilidade para prototipação e depuração;
– Problemas com eficiência e maior consumo de memória;
– Raramente usada;
• Híbrido:
– Une vantagens (e desvantagens) dos outros métodos;
– JVM, JIT-­‐compiler.
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Paradigmas de LPs
• Segundo Varejão:
Paradigmas de LPs
Imperativo
Estruturado
Declarativo
Concorrente
Funcional
Lógico
Orientado a
objetos
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Paradigmas de LPs
• Segundo Tucker & Noonan, há quatro paradigmas:
– Imperativo;
– Orientado a objetos;
– Funcional;
– Lógico.
• Outras características tratadas como tópicos especiais:
– Manipulação de eventos;
– Concorrência;
– Correção (especificação formal).
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Paradigma imperativo
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Processo de mudança de estados;
Variável, valor e atribuição;
Células de memória;
Arquitetura de von Neumann-­‐Eckert: entrada-­‐
processamento-­‐saída.
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Paradigma estruturado
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Refinamentos sucessivos;
Blocos aninhados de comandos;
Desestímulo ao uso de desvio incondicional;
Abordagem top-­‐down, organizando o fluxo de controle.
Exemplos: Pascal, C, Fortran, Cobol, Perl, etc.
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Paradigma Orientado a Objetos
• Abstração, encapsulamento, modularização;
• Herança e polimorfismo;
• Exemplos: Smalltalk, Java, C++, C#, Python, etc.
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Paradigma declarativo
• Especificação sobre a tarefa a ser realizada;
• Abstrai-­‐se como o computador é implementado;
• “Faça isso” (imperativo) vs. “É preciso chegar neste estado” (sem dizer como, declarativo);
• Em alguns aspectos mais próximo do que aprendemos na matemática, por exemplo:
x = x + 1
– Atribuição ou equação sem solução?
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Paradigma funcional
• Programa composto por funções;
• Funções compostas por outras funções;
• Exemplos: Lisp, Haskell.
(defun fatorial (n)
(if (= n 0)
1
(* n (fatorial (- n 1)))))
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Paradigma lógico
• Dedução automática, baseado em regras;
• Cláusulas definem predicados e relações factuais;
• Exemplo: Prolog.
% Fatos:
progenitor(maria,joao).
progenitor(jose,joao).
progenitor(joao,mario).
% Regras:
descendente(Y,X) :- progenitor(X,Y).
descendente(Y,X) :- progenitor(A,Y), descendente(A,X).
% Questões:
q1 :- descendente(mario,jose).
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Evolução das LPs
• Dificuldade de programação em linguagem de máquina;
• Foco de primeiras LPs era eficiência de processamento e consumo de memória;
• A medida que o hardware evoluiu, o foco mudou para a baixa produtividade de programação, surgindo:
– Programação estruturada;
– Tipos abstratos de dados;
– Orientação a objetos.
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Origem das LPs
• Fortran (Formula Translator) – 1957, IBM:
– Aplicações numéricas;
– Eficiência computacional (ex.: não há alocação dinâmica);
• Lisp (List Processor) – 1959, MIT:
– Programação funcional;
– Processamento simbólico (IA);
– Common Lisp, Scheme;
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Origem das LPs
• Algol (Algorithmic Language) – 1960, ETH Zurich:
– Programação estruturada;
– 1ª LP com sintaxe formal definida;
– Importância teórica (ALGOL-­‐like);
• Cobol (Common Business Oriented Lang.) – 1960, DoD:
– Aplicações comerciais;
– Muitos dados, pouca computação;
• Basic – 1964, Darthmouth University:
– Ensino para leigos;
– Estudantes de artes e ciências humanas;
– Precursora do Visual Basic, da Microsoft;
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Origem das LPs
• Pascal – 1964, Niklaus Wirth (Stanford University):
– Ensino de programação estruturada;
– Simplicidade;
– Precursora do Object Pascal e Delphi;
• C – 1972, Dennis Ritchie (AT&T Bell Labs):
– Desenvolvimento de SOs / Unix;
– Precursora do C++;
• Prolog – 1972, Unv. Aix-­‐Marselha / Univ. Edinburgo:
– Programação lógica;
– Inteligência artificial;
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Origem das LPs
• Smalltalk – 1972, Xerox PARC:
– Programação OO (1ª LP OO pura);
– Inovações em GUIs;
• Ada (Lovelace) – 1983, DoD:
– Programação concorrente;
– Centenas de pessoas envolvidas durante 8 anos;
– Grande e complexa;
– Sistemas de tempo real;
• C++ – 1985, Bjarne Stroustrup (AT&T Bell Labs):
– Disseminação da programação OO;
– Linguagem complexa.
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Origem das LPs
• Java – 1995, James Gosling (Sun Microsystems):
– Hoje pertence à Oracle;
– Criada com foco na Internet;
– Mais simples e confiável que C++;
• Linguagens modernas:
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C#;
Groovy;
Go;
Haskell;
Lua;
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•
Perl;
PHP;
Python;
Ruby;
Scala;
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• Shell Script;
• Swift;
• E muitas outras...
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http://nemo.inf.ufes.br/
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